【文章內容簡介】 區(qū)中低產田特征和地力水平的分析，制定我國糧食主產區(qū)中低產田治理和地力提升的技術標準； 3）高產田地力退化阻控和可持續(xù)利用機理； 4）典型區(qū)高中低產田地力定向培育的綜合理論體系和技術方案及驗證。最終將建立典型地 區(qū)地力定向培育的理論體系并提出綜合技術對策。本內容的技術方案和技術路線見圖 9。 中低產田研究方法基礎地力分布特征與提升潛力地力定向培育綜合理論體系中低產田治理和基礎地力提升的技術標準關鍵科學問題內容 1 ：地力形成與演變規(guī)律及其主控因素內容 2 ：障礙因子消減機理與地力修復內容 3 ：有機質、水養(yǎng)容量和生物活性協(xié)同增進機制與地力提升基礎田間驗證示范目標主要障礙因子和限制地力提升的關鍵因素高產田地力退化阻控與可持續(xù)利用綜合技術對策建立理論和提出技術對策長期定位實驗模擬試驗地理信息系統(tǒng)技術集成1. 中低產田主要土壤障礙因子消減和地力培育機理2 . 高產田地力退化阻控和可持續(xù)機理3. 典型區(qū)域地力定向培育的綜合技術對策 圖 9 “我國糧食主產區(qū) 農田地力定向培育理論與技術對策 ”研究方案與技術路線 （五）課題設置及相互間的關系 課題的設置及設置思路 根據(jù)需要解決的 3 個關鍵科學問題、 4 項主要研究內容和預期目標，本項目將設置 6 個課題開展研究： 課題 農田地力形成與演變規(guī)律及其主控因素 課題 農田土壤障礙因子消減機理與地力修復 課題 土壤有機質轉化累積機制與提高途徑 課題 土壤水養(yǎng)源匯容量和緩沖能力拓展機理與擴增途徑 課題 促進地力提升的 關鍵生物過程與調控途徑 課題 典型地區(qū)農田地力定向培育理論與技術對策 其中，內容一 “農田地力形成與演變規(guī)律及其主控因素 ”主要瞄準國家對提升農田地力需求的基本目標，即從機理上闡述不同地區(qū)影響農田地力提升的原因、主要限制因素和關鍵過程，明確指出解決地力提升問題的主要突破口。將設 “課題 農田地力形成與演變規(guī)律及其主控因素 ”進行研究。內容二 “農田土壤障礙因子消減機理與地力修復 ”主要針對恢復我國大面積中低產田地力的國家目標，研究重點在揭示主要土壤障礙因子消減和次生化過程阻控機理方面。將設 “課題 農田土壤障礙因子 消減機理與地力修復 ”開展研究。內容三 “農田土壤有機質、水養(yǎng)容量和生物活性協(xié)同增進機制與地力提升 ”主要針對國家對 提升農田地力需求的重點目標 ，即從機理上揭示如何提升地力 ， 也是本項目的重點，分別從提高土壤有機質、擴增土壤水養(yǎng)源匯容量、調控生物推進過程 3 個方面設置 3 個課題，即 “課題 土壤有機質轉化累積機制與提高途徑， 課題 土壤水養(yǎng)源匯容量和緩沖能力拓展機理與擴增途徑， 課題 促進地力提升的關鍵生物過程與調控途徑 ”。內容四 “我國 糧食主產區(qū)農田地力定向培育理論與技術對策 ”主要針對我國糧食主產區(qū)農田地力提升所面臨的多 重問題，基于上述研究成果，提出農田地力定向培育的綜合理論和技術方案。將設 “課題 典型地區(qū) 農田地力定向培育理論與技術對策 ”對分布在東北、黃淮海和長江中下游的 3 個典型區(qū)域進行研究。 各課題的研究內容和預期目標 課題 農田地力形成與演變規(guī)律及其主控因素 預期目標： 闡明我國糧食主產區(qū)農田地力的演變規(guī)律，解析不同區(qū)域決定農田地力的關鍵要素和限制農田地力提升的主控因素和關鍵過程， 為探索高強度種植條件下農田地力提升的有效機制與途徑提供科學依據(jù)。 研究內容： 針對 我國 糧食主產區(qū) 高強度種植制度下農田地力生產消耗與 地力培育補償不相匹配的突出問題，以解析高強度種植農田地力形成過程和影響因素為突破口， 以中國科學院和中國農科院長期試驗網絡為基礎，采用地理信息系統(tǒng)技術、模型技術、示蹤技術、多元統(tǒng)計分析等方法，系統(tǒng)研究：（ 1）農田地力形成與時空演變規(guī)律： 農田基礎地力和農田生產力的長期演變規(guī)律、水熱梯度帶上的變化趨勢。 （ 2） 農田地力時空演變驅動機制： 農田生產力和基礎地力 長期 變化趨勢與立地條件、土壤性狀、管理模式的關系；不同地力水平下農田地力的生產消耗與培育補償?shù)膭討B(tài)平衡規(guī)律。 （ 3） 農田地力關鍵要素構成特征： 農田基礎地力關鍵要素構 成的區(qū)域特征；不同區(qū)域農田基礎地力及其 關鍵要素 對農田生產力的制約和 權重 。（ 4）地力 關鍵要素 演變的關鍵過程及主控因素：農田地力關鍵要素的時空演 變特征 ；不同區(qū)域限制地力提升的關鍵過程及主控因素； 基于地力關鍵要素的農田地力調升機制及其潛力評價。 經費比例： % 承擔單位： 中國農業(yè)科學院農業(yè)資源與農業(yè)區(qū)劃研究所 課題負責人： 王小彬 學術骨干： 徐明崗、張會民、張文菊 課題 農田土壤障礙因子消減機理與地力修復 預期目標： 闡明我國主要糧食主產區(qū)中低產田土壤次生障礙因子的發(fā)生規(guī)律及區(qū)域特征；揭示人為加速土壤 酸化、次生鹽漬化和還原性有害物質積累的驅動因素、致害機理及演變趨勢；提出農田土壤次生障礙因子的阻控與消減途徑；發(fā)展農田土壤主要次生障礙因子修復與地力長效保持的原理和技術。 研究內容： 針對我國糧食主產區(qū)中低產田土壤的主要障礙因子，重點進行以下研究：（ 1）中低產田土壤主要障礙因子的解析。研究主要障礙因子的驅動因素及演變過程，建立次生障礙因子識別與定量診斷理論和技術；（ 2）土壤酸化過程、驅動因素、阻控機制與修復途徑。研究高強度農業(yè)利用加速土壤酸化的途徑、致酸機理和區(qū)域變異特征；解析自然和人為管理因素的致酸源、 致酸過程及致酸貢獻率，探討土壤致酸因子阻控和土壤緩沖容量提高的機制，提出酸化農田土壤修復原理與地力恢復技術。（ 3） 稻田次生 還原性有害物質的形成、驅動因素、消減機制與修復途徑。研究稻田土壤人為加速還原性有害物質（鐵、錳、硫和有機還原物質）積累的過程及機理；分析其動態(tài)變化特征、驅動因子及其與農田地力發(fā)揮及作物生產的消長關系；提出農田土壤中還原性物質消減、降解機制及農藝修復技術。（ 4）土壤次生鹽漬過程、驅動因素、防抑機制與地力修復途徑。研究 不同管理模式下土壤次生鹽漬化的發(fā)生過程、形成機理、季節(jié)性變化特征及驅動因素 ；探明地下水控鹽區(qū)鹽分逆向還原防抑次生鹽漬化的理論與途徑；提出氣候控鹽區(qū)土壤農藝措施控鹽與修復次生鹽漬化的途徑與地力長效保持的對策。 經費比例： % 承擔單位： 浙江大學 課題負責人： 徐建明 學術骨干： 盧升高、劉杏梅、張玉龍 課題 土壤有機質轉化累積機制與提高途徑 預期目標： 闡明不同農田基礎地力水平土壤及不同粒級團聚體中有機質的特征及其對農業(yè)措施的響應機制；明確不同有機物料對土壤有機質有效積累的作用；提出與提升土壤有機質數(shù)量和改善土壤有機質品質相匹配的地力提升技術途徑。 研究內容： 針對我國糧 食主產區(qū)土壤有機質數(shù)量提升和質量改善難的特點，以不同區(qū)域、不同類型有機肥和無機肥長期定位試驗為基地，采用同位素示蹤、核磁共振、顯微分析和分子生物學等技術，重點研究：（ 1）不同地力土壤有機質特征。土壤及團聚體中有機質形態(tài)、組成和結構特征的本底差異及影響因素；新形成有機質組分的特征及其在團聚體中的分配；土壤有機質質量特征與數(shù)量特征的匹配關系。（ 2）土壤有機質更新和累積機制。耕作、管理措施等對土壤及團聚體中易變和穩(wěn)定有機質的累積 /損失過程的影響，利用模型模擬估算土壤有機質平衡點，提出不同地力土壤有機質提升潛力和適 宜的有機組分；（ 3）土壤有機質的提升途徑。適宜作物秸稈快速降解的微生物類群，適合特定作物秸稈快速降解的 “秸稈伴侶 ”技術 。不同有機物料來源堆肥提升土壤有機質有效積累的作用機制，篩選適宜提升有機質的有機肥。 經費比例： % 承擔單位： 南京農業(yè)大學 課題負責人： 冉煒 學術骨干： 竇森、丁維新、沈標、余光輝 課題 土壤水養(yǎng)源匯容量和緩沖能力拓展機理與擴增途徑 預期目標： 揭示土壤結構改善對水養(yǎng)增容和緩沖能力提高的作用機制，闡明土壤有機質數(shù)量質量對水分養(yǎng)分增容和緩沖能力提高的影響機理，探明土壤生物對養(yǎng)分的增容機理，提出土壤水分養(yǎng)分增容、持續(xù)保持及緩沖能力提高的有效途徑。 研究內容： 針對東北旱作區(qū)、黃淮海灌區(qū)和長江中下游地區(qū) 土壤水分養(yǎng)分源匯容量降低和緩沖能力下降 的實際問題，系統(tǒng)研究：（ 1）土壤團聚體組成及穩(wěn)定性對水養(yǎng)源匯容量的作用機制與調控：團聚體的組成比例對水養(yǎng)源匯容量的作用機制，團聚體穩(wěn)定性對水養(yǎng)源匯容量和緩沖能力的作用機制；（ 2）土體構型對水養(yǎng)源匯容量的影響機制及擴增途徑：土壤剖面不同層次孔隙組成對水養(yǎng)源匯容量和緩沖能力的作用機制，壓實層對水養(yǎng)源匯容量的影響及調控途徑；（ 3）土壤有機質數(shù)量和質量對水養(yǎng) 源匯容量和緩沖能力的擴展機理：土壤有機質數(shù)量對水養(yǎng)源匯容量和緩沖能力的影響機制，土壤有機質的腐殖化和老化程度對水養(yǎng)源匯容量和緩沖能力的影響機制；（ 4）土壤生物對養(yǎng)分的增容機制：土壤生物過渡養(yǎng)分庫容量及其與土壤有效養(yǎng)分庫之間的關系 。 經費比例： % 承擔單位： 中國科學院沈陽應用生態(tài)研究所 課題負責人： 梁文舉 學術骨干： 張斌、陳利軍、李琪、堯水紅 課題 促進地力提升的關鍵生物過程與調控途徑 預期目標： 闡明不同地力水平土壤微生物多樣性和群落組成特征，明確生命要素在土壤中的轉化過程及關鍵微生物種群， 揭 示關鍵生物過程對養(yǎng)分轉化和農田地力提升的作用，剖析不同地力水平下作物 根際微生物的互反饋作用機制，設計農田地力提升的根際調控措施；針對我國糧食主產區(qū)不同地力水平 農田， 提出 農田地力提升的生物學綜合調控措施和途徑 。 研究內容： 以東北黑土、華北潮土、長江中下游水稻土和紅壤為研究對象， 應用 一系列生物地球化學和分子微生物生態(tài)領域的先進研究技術，重點開展以下四個方面的研究工作：（ 1）不同地力水平下土壤微生物多樣性和群落結構的演變規(guī)律， C、N、 P、 S、 K 等元素循環(huán)轉化的關鍵微生物種群及時空變異特征，物質轉化微生物之間 的相互作用和協(xié)同過程對地力提升的作用機制；（ 2）驅動根際物質轉化的關鍵微生物種群和功能，生物互作（菌根真菌、根瘤菌等）對根際界面過程的調控及促進地力提升的機制；（ 3）土壤有機質積累和土壤結構改善的生物機制，不同有機物料的生物降解和土壤歸屬規(guī)律，土壤動物和真菌等促進土壤團聚體形成和穩(wěn)定的機理；（ 4）不同區(qū)域土壤農田地力提升的生物調控途徑和 措施，耕作管理措施（ 間套作、輪作、保護性耕作等）和有機物料添加等對土壤生物地力功能的調控作用。 經費比例： % 承擔單位： 中國農業(yè)大學 課題負責人： 陸雅海 學術骨干： 范明生、胡君利、馬可 課題 典型地區(qū)農田地力定向培育理論與技術對策 預期目標： 解剖我國糧食主產區(qū)典型區(qū)域中低產田和地力水平分布特征，量化典型區(qū)域地力提升潛力，建立典型地區(qū)地力定向培育的理論體系并提出綜合技術方案，并進行多點驗證和示范。為我國糧食主產區(qū)農田地力提升提供可借鑒的范例。 研究內容： 在我國糧食主產區(qū)東北、黃淮海、長江中下游分別選擇一個典型區(qū)域，針對中低產田的障礙層次和障礙性因素及土壤貧瘠化加重、高產田退化速度加快的問題，重點研究中低產田地力提升和高產田退化阻控的理論體系和綜合技術對策。具體 研究：（ 1）典型區(qū)域中低產田基礎地力分布特征與提升潛力，研究中低產田空間分布特征和與之對應的農田基礎地力，及其與農田管理水平、立地條件、土壤剖面理化性狀的關系；（ 2）典型地區(qū)中低產田主要障礙因子和限制地力提升的關鍵因素，高分辨率解析中低產田土壤主要障礙因子，限制土壤有機質、水養(yǎng)源匯容量和生物活性提升的關鍵因素；（ 3）結合對整個糧食主產區(qū)中低產田特征和地力水平的分析，制定我國糧食主產區(qū)中低產田治理和地力提升的技術標準；（ 4）典型區(qū)高中低產田地力定向培育的綜合理論體系和技術方案及驗證，系統(tǒng)研究典型區(qū)中低產田主要 土壤障礙因子消減和地力培育、高產田地力退化阻控和持續(xù)保持的綜合理論體系，提出典型地區(qū)地力定向培育的綜合技術方案，并以田間多點試驗進行驗證和示范。 經費比例： % 承擔單位： 中國科學院南京土壤研究所 課題負責人： 張佳寶 學術骨干： 孫波、韓曉增、李勇、趙炳梓、劉建立、朱安寧、馬東豪 各課題間的有機聯(lián)系及與 項目目標的關系 各課題間的有機聯(lián)系及其與項目目標的關系如圖 10 所示。課題 1（農田地力形成與演變規(guī)律及其主控因素）主要針對項目的第一個關鍵科學問題 “控制地力演變的關鍵過程和因子 ”和第一個科學目標 “明 確地力提升限制因素和突破口 ”，從面上和時間序列上開展研究，其研究結果除了向課題 2（農田土壤障礙因子消減機理與地力修復）和課題 3（土壤有機質轉化累積機制與提高途徑）、課題 4（土壤水養(yǎng)源匯容量和緩沖能力拓展機理與擴增途徑）、課題 5（促進地力提升的關鍵生物過程與調控途徑）以及課題 6（典型地區(qū)農田地力定向培育理論與技術對策）提供指導和基礎資料外，還可以直接用來說明我國糧食主產區(qū)目前地力的現(xiàn)狀、演變規(guī)律、控制過程和因素以及從哪里著手推進我國農田地力的提升，屬第一層面的研究。課題 2 主要針對項目的第二個關鍵科學問題 “農田 土壤障礙因子消減機理與地力修復 ”和第二個科學目標 “闡明中低產田地力恢復原理與途徑 ”，在課題 1 的指導下，開展特別問題（土壤障礙因素消減）研究，如